Angew. Chem.：聚合物半导体纳米马达实现多通道光控与赤潮藻灭活

微纳马达是一类尺寸在纳米至微米级别、能够将外部能量（如化学能、光能、声能等）转化为自身机械运动的智能微型系统，在水环境修复、传感检测、精准药物递送以及病原体清除等领域展现出巨大潜力。其中，光驱动微纳马达因其能量来源清洁、可远程控制、多通道响应等优势而备受青睐。然而，目前主流的光驱动马达多基于TiO₂、ZnO等无机半导体，这些材料的带隙较大（约3.2 eV），主要吸收紫外光，可见光利用率极低，同时结构和性能调控灵活性有限。近年来，聚合物半导体因其灵活的分子构成、可调的带隙结构、及成本低可规模化合成等特点而备受关注，成为构筑新一代光驱动微纳马达的潜力材料。

近日，哈尔滨工程大学刘天亿课题组、复旦大学孔彪课题组联合国内外多家研究团队，首次将聚合物半导体酚醛树脂材料引入微纳马达领域，设计构筑出具有多通道响应及三维运动可控的光响应纳米马达，并实现了可见光条件下对有害微生物米氏凯伦藻的高效光动力灭活。研究系统揭示了聚合物半导体分子结构-光催化性能-微纳马达运动行为之间的内在关系，开辟了以廉价易制的聚合物半导体为核心的新型光驱动马达材料平台。

图1. 聚合物半导体酚醛树脂合成策略及理化性质表征

图2. 微纳马达多通道响应三维运动控制及驱动机理探究

图3. 微纳马达的宽光谱驱动及米氏凯伦藻灭活实验

研究团队制备了一系列聚合物半导体酚醛树脂材料。其中，以间氨基苯酚-甲醛作为前驱体，通过水热反应构筑的酚醛树脂材料富含苯并噁嗪-醌式结构。光电化学测试表明，该结构具有低HOMO-LUMO能隙（1.90 eV）与强π-堆积作用，显著提升了光吸收与电荷转移效率。通过电子束蒸镀在树脂表面形成金半球帽，获得了Janus结构的纳米马达。该纳米马达在H₂O₂和光照驱动下展现出可调控的平面与垂直运动行为。其速度和扩散系数随光强、波长及燃料浓度变化而可精准调节。结合有限元模拟证实，其运动依赖于自电泳机制，且通过改变表面电荷类型可调控运动方向。得益于酚醛树脂材料的宽光谱吸收（可延伸至700 nm），该纳米马达可在紫外、蓝光、绿光等多波长下运动。随后以米氏凯伦藻为模型，研究团队验证了该纳米马达在可见光下对有害微生物的光动力灭活能力，实现了优于TiO₂的灭活效率。这项研究扩展了用于构建光驱动微纳马达的材料库，并为微纳马达的智能控制及生物环境应用提供了有益见解。

论文信息

Molecular-Level Design of Polymeric Semiconductor Nanomotors with Multichannel Sensitive 3D Motion for Microorganism Inactivation

Dr. Tianyi Liu, Huannuo Tao, Qingdong Chai, Hang Shi, Ziqi Zheng, Zhenning Sun, Guoxing Zhang, Xiangjun Wang, Jixin Zhou, Dr. Abuduheiremu Awati, Dr. Qirui Liang, Dr. Yanjun He, Prof. Dazhang Zhu, Prof. Mingxian Liu, Prof. Yue Shi, Prof. Kang Liang, Prof. Jian Liu, Prof. Biao Kong

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202508705